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摘 要 本文运用可靠性设计理论分析了螺旋桨式搅拌机链传动失效的原因，并提出了相应的改进方法。
关键词 搅拌机，链传动，可靠性，改进
1引言
螺旋桨式搅拌机因结构简单、成本低廉、维修性能好等优点而在陶瓷工业中广泛使用。其搅拌棒采用套筒滚子链传动，具有传动效率高、成本低等优点。总体来看，链传动的运行是安全可靠的，基本能满足生产的需要，但也有少数因发生疲劳破坏而失效的例子。除了一些使用和维护不当的因素之外，设计方面是否存在欠缺也是一个不容忽视和值得探讨的问题。本文利用可靠性设计理论对螺旋桨式搅拌机链传动进行了分析，找出了链传动失效的原因，并提出了相应的改进方法。
2可靠性设计的基本理论
承受交变载荷作用的机械零件的失效多属疲劳破坏。常规的疲劳强度计算是将外载荷、零件的几何尺寸、材料的强度性能等当作固定不变的值来处理。因此也就不能解答机械零部件在运行过程中的失效概率问题。事实上，很多零部件由于受材质、制造加工、测量、试验等诸多因素的影响，以上参数的值有时会与实际情况不相吻合。可靠性设计弥补了这一缺陷，它将这些参数，作为属于某种分布的随机变量来处理；在应用概率统计及强度计算的理论进行分析计算后，给出机械零件在一定设计条件下的失效概率，从而得到产品的可靠度[1]，使人们对产品质量的把握更为准确。
链传动的主要失效有链板的疲劳破坏和滚子套筒间的冲击疲劳破坏。链传动的可靠性设计准则为：链传递极限功率的概率应大于或等于链实际传递功率的概率，即：
从(2)式可知，若要计算链传动的可靠度，必须知道链传动状态变量的联合分布概率密度。研究表明，链传动的失效大多是由各种综合因素造成的，因此，欲知其传递功率的概率分布是很困难的。在无试验数据说明确切的分布或无统计资料时，假设链传动的均值功率服从正态分布模型，且计算出来的可靠度是偏于安全的，即：
3链传动的可靠性实例分析
以某型号的螺旋桨式搅拌机的链传动为研究对象，其结构如图1所示。链传递的功率P=6.0kW，小链轮转速n1=750r/min，小链轮齿数z1=19，传动比i=2.8，链的型号为12B-120，节距为19.05mm的链条。现用可靠性设计理论分析该链传动的可靠度。
3.1 链传递的极限功率均值
在标准试验条件下单列套筒滚子链允许传递的功率为：
式中：
n1 —— 小链轮转速，r/min
z1 —— 小链轮齿数
p —— 链条节距，mm
极限功率均值为：
P1 =kY kH kT kH PO （6）
式中：
kY —— 润滑条件系数
kH —— 工作环境系数
kT —— 张紧状态系数
kH —— 寿命系数
kY、kH、kT的取值参照表1。
kH的取值原则为：当设计寿命为标准值15000h时， kH=1；当设计寿命小于标准值，可按有限寿命设计方法计算，详情可参考文献[2]。
根据链传动的实际使用条件，取kY=0.90，kH=0.92， kT=0.95，kH=1
从表面上看，链传动的可靠度较高，失效概率较低，但与可靠性设计中规定的一般零件可靠度大于0.99相比，还有一定的差距，由此可见发生失效并非偶然。
3.4 提高搅拌机链传动可靠度的途径
为避免搅拌机链传动失效，在新产品设计时应充分考虑零件的可靠性，应用可靠设计理论进行设计。可采取增大小链轮齿数或增大链的节距等措施来提高传动的可靠性。由于工艺要求和安装尺寸等条件的限制，改进措施应以对原设计修改最少、取得的效果最佳为原则。综合考虑，保持传动的中心距、传动比、链节距，仅增大小链轮齿数的方案最为简便有效。
此外，对于旧设备需从日常维护、保养入手，如正确选择润滑油牌号，采取恰当的润滑方式，减小磨损；做好清洁工作，防止粉尘污染；合理调节中心距，采用合适的张紧方式，使链受力均匀；启动、停止平稳，防止振动冲击；物料投放均匀，避免过载等，这些都可对链传动的可靠度的提高起到一定的积极作用。
4结论
常规设计采用安全系数法，有一定的局限性。其一，它受设计者经验的局限，取值往往不够准确；其二，它未能考虑各种设计参数受到复杂因素的影响而表现出来的变化性和随机性。而可靠性设计，由于考虑了载荷、零件尺寸和材料强度性能数据的分散性，将它们看作具有某种概率分布的统计量，比常规的强度设计方法更接近实际。通过概率理论计算将机械零件的质量定量化，就能将零件在指定的运行时间内的失效概率限制在预先给定的一个较小的范围内，为产品的定期批量检修提供必要的依据。本文利用可靠性设计的理论对螺旋桨式搅拌机链传动的可靠性进行了分析计算，由结果可看出：对于新设计的设备，只需增加少量小链轮齿，就可以使传动满足可靠性要求；对于旧设备，则需从平常的维护保养入手，提高链传动的可靠性。
参考文献
1 濮良贵.机械设计[M].北京：机械工业出版社，1997
2 王 启.机械零部件的可靠性设计[M].北京：机械工业出版社，1996 Analysis of Chain Transmission Reliability of Propeller MixerShuFuhua(College of Mechanical and Electrical EngineeringWuhan University of TechnologyWuhanHubei 430070)
Abstract：The reason that propeller mixer chain lost efficacy was analyzed by the reliability design theory,and some advices were given in this paper.
Keywords：mixer，chain transmission，reliability，improvement
关键词 搅拌机，链传动，可靠性，改进
1引言
螺旋桨式搅拌机因结构简单、成本低廉、维修性能好等优点而在陶瓷工业中广泛使用。其搅拌棒采用套筒滚子链传动，具有传动效率高、成本低等优点。总体来看，链传动的运行是安全可靠的，基本能满足生产的需要，但也有少数因发生疲劳破坏而失效的例子。除了一些使用和维护不当的因素之外，设计方面是否存在欠缺也是一个不容忽视和值得探讨的问题。本文利用可靠性设计理论对螺旋桨式搅拌机链传动进行了分析，找出了链传动失效的原因，并提出了相应的改进方法。
2可靠性设计的基本理论
承受交变载荷作用的机械零件的失效多属疲劳破坏。常规的疲劳强度计算是将外载荷、零件的几何尺寸、材料的强度性能等当作固定不变的值来处理。因此也就不能解答机械零部件在运行过程中的失效概率问题。事实上，很多零部件由于受材质、制造加工、测量、试验等诸多因素的影响，以上参数的值有时会与实际情况不相吻合。可靠性设计弥补了这一缺陷，它将这些参数，作为属于某种分布的随机变量来处理；在应用概率统计及强度计算的理论进行分析计算后，给出机械零件在一定设计条件下的失效概率，从而得到产品的可靠度[1]，使人们对产品质量的把握更为准确。
链传动的主要失效有链板的疲劳破坏和滚子套筒间的冲击疲劳破坏。链传动的可靠性设计准则为：链传递极限功率的概率应大于或等于链实际传递功率的概率，即：
从(2)式可知，若要计算链传动的可靠度，必须知道链传动状态变量的联合分布概率密度。研究表明，链传动的失效大多是由各种综合因素造成的，因此，欲知其传递功率的概率分布是很困难的。在无试验数据说明确切的分布或无统计资料时，假设链传动的均值功率服从正态分布模型，且计算出来的可靠度是偏于安全的，即：
3链传动的可靠性实例分析
以某型号的螺旋桨式搅拌机的链传动为研究对象，其结构如图1所示。链传递的功率P=6.0kW，小链轮转速n1=750r/min，小链轮齿数z1=19，传动比i=2.8，链的型号为12B-120，节距为19.05mm的链条。现用可靠性设计理论分析该链传动的可靠度。
3.1 链传递的极限功率均值
在标准试验条件下单列套筒滚子链允许传递的功率为：
式中：
n1 —— 小链轮转速，r/min
z1 —— 小链轮齿数
p —— 链条节距，mm
极限功率均值为：
P1 =kY kH kT kH PO （6）
式中：
kY —— 润滑条件系数
kH —— 工作环境系数
kT —— 张紧状态系数
kH —— 寿命系数
kY、kH、kT的取值参照表1。
kH的取值原则为：当设计寿命为标准值15000h时， kH=1；当设计寿命小于标准值，可按有限寿命设计方法计算，详情可参考文献[2]。
根据链传动的实际使用条件，取kY=0.90，kH=0.92， kT=0.95，kH=1
从表面上看，链传动的可靠度较高，失效概率较低，但与可靠性设计中规定的一般零件可靠度大于0.99相比，还有一定的差距，由此可见发生失效并非偶然。
3.4 提高搅拌机链传动可靠度的途径
为避免搅拌机链传动失效，在新产品设计时应充分考虑零件的可靠性，应用可靠设计理论进行设计。可采取增大小链轮齿数或增大链的节距等措施来提高传动的可靠性。由于工艺要求和安装尺寸等条件的限制，改进措施应以对原设计修改最少、取得的效果最佳为原则。综合考虑，保持传动的中心距、传动比、链节距，仅增大小链轮齿数的方案最为简便有效。
此外，对于旧设备需从日常维护、保养入手，如正确选择润滑油牌号，采取恰当的润滑方式，减小磨损；做好清洁工作，防止粉尘污染；合理调节中心距，采用合适的张紧方式，使链受力均匀；启动、停止平稳，防止振动冲击；物料投放均匀，避免过载等，这些都可对链传动的可靠度的提高起到一定的积极作用。
4结论
常规设计采用安全系数法，有一定的局限性。其一，它受设计者经验的局限，取值往往不够准确；其二，它未能考虑各种设计参数受到复杂因素的影响而表现出来的变化性和随机性。而可靠性设计，由于考虑了载荷、零件尺寸和材料强度性能数据的分散性，将它们看作具有某种概率分布的统计量，比常规的强度设计方法更接近实际。通过概率理论计算将机械零件的质量定量化，就能将零件在指定的运行时间内的失效概率限制在预先给定的一个较小的范围内，为产品的定期批量检修提供必要的依据。本文利用可靠性设计的理论对螺旋桨式搅拌机链传动的可靠性进行了分析计算，由结果可看出：对于新设计的设备，只需增加少量小链轮齿，就可以使传动满足可靠性要求；对于旧设备，则需从平常的维护保养入手，提高链传动的可靠性。
参考文献
1 濮良贵.机械设计[M].北京：机械工业出版社，1997
2 王 启.机械零部件的可靠性设计[M].北京：机械工业出版社，1996 Analysis of Chain Transmission Reliability of Propeller MixerShuFuhua(College of Mechanical and Electrical EngineeringWuhan University of TechnologyWuhanHubei 430070)
Abstract：The reason that propeller mixer chain lost efficacy was analyzed by the reliability design theory,and some advices were given in this paper.
Keywords：mixer，chain transmission，reliability，improvement